März 2010_Expertenbeitrag in: das aktuelle Spanienmagazin (Málaga, Costa del Sol)

Beitrags-trilogie zu aktuellen spanischen Themen in Architektur und Technik.

FRANK SCHROEDER für BAUPHYSICS, S.L. MÁLAGA

I. Biologische Bauweise, …was dann?

II.A Solar, solar, …alles klar?, Teil A

II.B Solar, solar, …alles klar?, Teil B

III. Neue Normen, …neues (Bauherren-) Glück, oder was?

Dies soll ein Versuch sein, dem Leser mit einfachen Worten näherzubringen, welche Themen uns Architekten in Spanien momentan beschäftigen. Es wird kein Anspruch auf Vollständigkeit erhoben; eine mögliche Meinungsäusserung entspringt dem Autor und nicht dem Verlag.
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Beitrag II.A: Solar, solar, …alles klar?

Thematisch lassen sich beim nachhaltigen, ressourcenschonenden Architekturansatz, Energieeffizienz von Gebäuden und Nutzung nachhaltiger Energien (hier Solarenergie- technik) nicht trennen. Versuch einer Begriffsbestimmung für Spanien.

Der Kopenhagener Klimagipfel hat zwar nicht zu der gewünschten Vereinbarung geführt, stellt jedoch nach Bundeskanzlerin Merkel “…einen weiteren, wichtigen Schritt zur Weltklimaordnung dar”. Der spanische Umweltminister Morán meint zum Ergebnis: “…kein katastrophales Ende, jedoch ein enttäuschender Anfang der internationalen Verpflichtungen der nächsten Jahre.” Der stattfindende Klimawandel und eine Begrenzung der Erderwärmung von 2°C sind jedoch zur Kenntnis genommen worden. Hoffnungsvoll stimmt nach der bisherigen Blockadepolitik jedoch auch die Zusicherung der USA bis 2020 17% weniger CO2 zu produzieren als im Jahre 2005.

       Die EU hat sich jedoch schon im Dezember 2008 auf eine integrierte Strategie im Bereich Energie und Klimaschutz mit ehrgeizigen Zielen für 2020 geeinigt. Sie will Europa damit auf den richtigen Weg bringen - hin zu einer umweltgerechten Zukunft mit einer CO2-armen, energieeffizienten Wirtschaft. Erreicht werden soll dies durch:

1. Senkung der Treibhausgasemissionen um 20 % gegenüber dem Stand von 1990 (bzw. sogar 30 %, falls eine internationale Einigung zustande kommt)

2. Verringerung des Energieverbrauchs um 20 % durch bessere Energieeffizienz

3. Deckung von 20 % unseres Energiebedarfs aus erneuerbaren Quellen

Anmerkung: "Längst ist jedem klar, daβ wir in irgeneiner Form nicht mehr um die vermehrte Nutzung der Sonnenenergie, sowie um eine verbesserte Energieeffizienz und ressourcenschonende, nachhaltige Konzepte umhinkommen werden".

       Aber nicht nur in Spanien, sondern in der ganzen Welt werden energieeffiziente und nachhaltige Bauwerke erstellt oder geplant, welche meist verschiedene Techniken zur alternativen Energiegewinnung oder resourcenschonendem Erstellung und Betrieb, wie z.B. Wasseraufbereitung, Nutzung recycelter Materialien, Stromerzeugung durch Wind und Sonne, etc. heranziehen. Selbst China lebt den Solarboom. Im letzten Jahr ist das Silizium, Grundmaterial der Fotovoltaik- technik, knapp und teuer geworden; daher wird fieberhaft an alternativen Materialen geforscht.

FOTO ecobox, Madrid. Architekten Angel de Diego und Vicente Olmedilla

ecobox. Dieses Gebäude ist ein gutes Beispiel für den Mix an energieeffizienten Strategien: Lichtfänger, die das Licht, aber nicht direkte Sonnenstrahlung ins Innere transportieren – Materialen mit grosser Speicherkapazität in Fassade und UG – Erdkälteventilationssystem – bewegliche Lamellen als aussenliegender Sonnenschutz, bestückt mit Fotovoltaikzellen – vertikale Fotovoltaikmodule in der Fassade – Sonnenkollektoren zur Warmwasserbereitung und Klimatisierung – Fussbodenheizung – intelligente Klima- und Haustechniksteuerung. 

FOTO Negativbeispiel. Die Solartechnik ist nicht im Gesamtkonzept integriert.

FOTO Umbau Mijas vorher / nachher

Anmerkung: “Es muss also Energie gespart und gleichzeitig auf alternativem Wege Energie erzeugt werden. Auch bei Umbauten bestehender Anlagen kann neben dem Aspekt der Optimierung der Energiebilanz oder – effizienz, eine zusätzliche alternative Energiegewinnung, sowie eine Verschönerung, Vergrösserung und damit Wertsteigerung optimalerweise einhergehen".

GESETZLICHER HINTERGRUND

• Europäisches Normenwerk zur spanischen Energieeffizienz und deren Nachweise sind die EU Richtlinie 93/76/CEE, EU Richtlinie 2002/91/CE und das grüne Buch der EU, 2007.

• Die neuen, spanischen Baunormen CTE sind für Bauanträge ab Juni 2006 bzw. März 2007 gültig.

• Der spanische Energiepass ist für neue Wohnbauten ab 50 m2 Nutzfläche und für Umbauten an bestehenden Gebäuden ab 1000 m2 Nutzfläche bei Bauanträgen ab Oktober 2007 obligatorisch (R.D. 47/2007).

• Staatliches Subventionsförderprogramm Plan E ab Sept. 2008 (R.D.1975/2008 und R.D. 97/2009)

• Ab Feb. 2009 Subventionsförderprogramm A+. (BOJA nº 30) der andalusischen Landesregierung (jede spanische Provinz hat eigene Förderprogramme aufgelegt).

• Das aktuelle Solarstromgesetz gilt ab Sept. 2008 (R.D. 1578/2008)

• Eine neue EU Norm soll dieses Jahr noch verabschiedet werden. Diese soll ab 2020 die Anforderungen an neue und bestehende Gebäude bezüglich Energieeffizienz, Ökologie und Einsatz erneuerbarer Energien verschärfen. Die Anzahl ökologischer Bauvorhaben soll erhöht und mittels EU Fonds ab 2011 gefördert werden.

      
Unter aktiver Sonnenenergienutzung versteht man die Nutzung von Fotovoltaik oder Sonnenkollektoren zur Brauchwassererwärmung, Heizung, Kühlung oder Klimatisierung. Idealerweise kommt eine Kombination der verschiedenen Methoden zum Einsatz, um die Energieversorgung übers Jahr in Anbetracht der saisonalen Schwankungen sicherzustellen.

Effiziente Systeme zur Klimatisierung (Heizung, Kühlung oder beide) sind ein Primärziel des nachhaltigen Architekturansatzes, da sie normalerweise die meiste Energie in Gebäuden verbrauchen.

FOTO Solarkarte

SOLARTHERMIE  

Die Systeme zur Warmwasserbereitung über die allseits bekannten Solarkollektoren decken ganz oder teilweise den Bedarf übers Jahr in nachhaltiger Weise. Die Sonnenenergie dient hierzu, um ein in einem geschlossenen Kreislauf befindliches Trägermaterial (meist Wasser) direkt aufzuheizen und über einen Pufferspeicher je nach Bedarf an den Verbraucher abzugeben.

FOTOVOLTAIK

Die Technik basiert auf dem sog. “Fotoelektrischen Effekt”. Im Prinzip geht es um das physikalische Phänomen, daβ bei Auftreffen von Photonen (Lichtenergie) auf ein bestimmtes Material, in diesem Material sich bei bestimmten Bedingungen Elektronen aus der molekularen Bindung lösen und dabei elektrische Energie freigesetzt wird (wird im 19. Jh. erstmals beobachtet und durch Einsteins Quantenphysikalische Theorie 1905 erklärt, 1921 erhält Einstein für seine Quantenphysik den Nobelpreis). Die erste technische Anwendung findet Ende der 1950er Jahre in der Satellitentechnik statt.

FOTO Aneinanderreihung der Fotovoltaikzellen = Modul

       
       Hauptsächlich bestehen die Zellen aus natürlichen oder industriell hergestellten Halbleiterplatten (Wirkungsgrad 14-16%) aus natürlichem Silizium. Auch gibt es dünne Folien aus Silizium oder anderen Materialien. Auch organische Kunststoffe sind als Halbleitermaterialien im Versuchsstadium. Einige ungefähre Wirkungsgrade als Anhaltswerte aus deutscher Sicht zum Vergleich: Glühbirne ca. 5%, Benzinauto ca. 20%, Kohlekraftwerk ca. 30 %, Kernkraftwerk ca. 35%, Windkraftwerk ca. 40%, Wasserkraftwerk ca. 85%.
(Quelle: www.energie-fakten.de, 12.09.2004) 

      
       Die Menge der auf der Erde auftreffenden Sonnenenergie pro Jahr entspricht in etwa dem 15.000 fachen Energiebedarf der gesamten Menschheit im Vergleichsjahr 2006.

      
       Anmerkung: “Ein grober Richtwert zur Einschätzung des Potentials zum heutigen normalen technischen Stand entsprechen ca. 8-10 m2 Fotovoltaikfläche einer Leistung von 1 kWh”.

       Die erzeugte Energie kann in Akkumulatoren gesammelt, oder über einen Transformator von Gleich- in Wechselstrom ins Stromanbieternetz eingespeist werden. Die Hersteller von Solarstrommodulen bieten inzwischen Garantien von 25 Jahren. Die durchschnittliche Lebensdauer von Solarstrommodulen liegt bei 30-40 Jahren. Grundsätzlich ist eine Solarstromanlage sehr wartungs- und störungsarm. Lediglich die Wechselrichter müssen i.d.R. nach ungefähr 10 Jahren ausgetauscht werden.

 

FOTO bodengebundenes Solarkraftwerk

mit freundlicher Genehmigung von SOLARWORLD iberica

      In Südspanien beträgt die Sonneneinstrahlung zwischen 1.650 und 1.900 kWh pro m2/Jahr; was ein wesentlich höherer Wert ist als in Deutschland mit 900 bis 1150 kWh pro m2/Jahr (in Nordspanien zwischen 1150 bis 1650 kWh pro m2/Jahr). Deshalb ist Spanien eines der idealsten europäischen Länder für die Ausnutzung der Sonnenenergie. In kurzer Zeit hat sich Spanien zu einem der weltgrössten Fotovoltaikstromerzeuger überwiegend durch bodengebundene Solarstromkraftwerke entwickelt (in 2008: 2.500 mW, in 2009: 3.400 mW, vgl. Deutschland 5.300 mW, Italien 430 mW, Frankreich 90 mW).

(Quelle: Strahlungskarte Deutscher Wetterdienst, Hamburg / Meteosat. Photovoltaic energy barometer 2009 – EurObserv’ER Systèmes solaires Le journal des énergies renouvelables nº 1 - 2009, S. 76, 3/2009)

      
Aktuell gilt hierzu ab 30.09.2008 das Gesetz R.D. 1578/2008, welches bei Einspeisung in das Netz eine Vergütung bei bodengebundenen Anlagen von 0,32 EUR/kWh und bei Dachanlagen von 0,34 EUR/kWh vorsieht. Mit einem Jahr für Jahr je nach Marktbedarf festzulegenden Maximaleinspeisungswert.

       Anmerkung: “Der Trend dürfte aber nun hingehen zu dachgebundenen Solaranlagen, um nicht weiter die Landschaft zu verschandeln.”

     
  Momentan ist es für den privaten Kleinbetreiber wegen bürokratischer Hürden schier unmöglich, seinen gewonnenen Solarstrom ins Netz einzuspeisen, da von den Netzbetreibern das Interesse fehlt und die nötigen vereinfachenden Gesetzesvorlagen hierzu fehlen.

      
Anmerkung: “Dies steht im Kontrast zu den europäischen Klimaschutzzielen, welche eine Förderung des freien Strommarktes und der nachhaltigen und erneuerbaren Energieformen zum Inhalt hat. In Portugal und Italien z.B. sind diese Hürden bereits abgeschafft und Subventionen für die Netzeinspeisung auch für den privaten Kleinbetreiber aufgelegt worden.”

FOTO Solarschrägdach

FOTO dachgebundene Solaranlage

mit freundlicher Genehmigung von SOLARWORLD iberica

      


     Die neuen, spanischen Baunormen CTE sehen die obligatorische Nutzung von Fotovoltaik in zumindest teilweiser Deckung des Energiebedarfs für öffentliche Gebäude sowie Einkaufszentren, Bürogebäude, Hotels, Krankenhäuser, etc. vor. Im Januar 2010 bestand der Anteil an erneuerbaren (Wind-Wasser-Solar) Energien an der spanischen Gesamtstromproduktion 39% ! (Vorjahr 23%), davon entfallen 16,3% auf Windkraft und ca. 2% auf Fotovoltaik. Zum Vergleich: Deutschland mit einem Anteil erneuerbarer Energien an der Gesamtstrom-produktion in 2010 von geschätzten 10% (Anteil Fotovoltaik ca. 0,7-1 %).
(Quelle: Comisión Nacional de Energía, Nota de Prensa 04/02/2010. Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit: Entwicklung der erneuerbaren Energien in Deutschland im Jahr 2008. Stand April 2009)

       Der Architekt, als auch Mitglieder seines teams, sind kooperierende Techniker für Gebäudeenergiepässe an der Architektenkammer Málagas und haben sich u.a. spezialisiert auf Gebäudeoptimierungen im Bestand: “Weitere interessante Aspekte bei der Energieeffizienzoptimierung sind die solare Kühlung und die Anwendung der Fotovoltaik in hinterlüfteten Solarfassaden”.

SOLARE KÜHLUNG

Ein sehr interessantes Thema, besonders in warmen Klimazonen, ist die energieeffiziente Technik der solarerzeugten Kälte. (Nicht gemeint ist die Betreibung einer herkömmlichen Klimaanlage mit Solarstrom).

       Diese Technik ist z.B. an der Uni Sevilla schon Wirklichkeit. Zur Zeit sind auch schon erste, verschiedene Anlagentypen im kleinen Leistungsbereich (Ein- bis Mehrfamiliennutzung) auf dem Markt. Grundlage der Technik sind physikalische Phänomene wie z.B. das Entstehen von Kälte beim Verdunsten von Wasser (Grundlage für thermische, offene Systeme), oder die druckabhängige Stofftemperatur. Diese Effekte werden noch durch Mischen von z.B. Wasser mit Ammoniak gefördert. (Grundlage für thermische, geschlossene Systeme). Die Anlagen arbeiten im Wärmetauscherprinzip, mit einem wirtschaftlichen Wirkungsgrad und ohne ozonschädliche Kältemittel. Man kann dann mit diesen Systemen sowohl kühlen als auch heizen. – ohne Strom aus der Steckdose und ohne CO2 Ausstoβ.

       “Gründe für die hohen Kosten seien die hohe Komplexität und der niedrige Industrialisierungsgrad der Technik: Beim gängigen Kaltwasserverfahren wird in einer sogenannten Absorptionskältemaschine ein Gemisch aus Wasser und Kühlmittel durch Solarwärme erhitzt. Das Kühlmittel dampft aus, wird kondensiert und unter Vakuum auf einen Wärmetauscher versprüht, wo es wieder verdampft. Die Wärme zum Verdampfen entzieht es dem Wasser, das durch den Wärmetauscher fließt. Es kühlt sich dabei ab und kann zur Raumkühlung verwendet werden.

      
Der Architekt: “Interessant für küstennahe Einsätze: auch feuchte Aussenluft kann durch diese Technik zur Raumklimatisierung verwendet werden.”

Problematisch stellt sich auch bei Kleinanlagen (ca.15 kW) noch die Beherrschung großer Volumenströme und Temperaturen bis zu 100 Grad Celsius dar. …und noch aufwändig ist, Solar- und Kältesystem genau aufeinander abzustimmen. "… (Quelle: Spiegel online.de, 21.06.2009_Kälte, die aus der Sonne kommt)

Auch die EU sieht die Wichtigkeit dieser Technik. Es bestehen Schätzungen, dass sich der Bedarf an solarer Kühltechnik bis 2020 vervierfachen wird. Es wurde daher von Januar 2007 bis Dezember 2009 ein europäisches Kooperationsprojekt aufgelegt zur Unterstützung und Verbreitung dieser Technik für die Klimatisierung von Gebäuden. Es zielt vor allem auf den Ausbau von Kapazitäten sowie auf die Förderung und Einflussnahme von Entscheidungsprozessen für die praktische Anwendung kleiner und mittlerer solarer Klimatisierungssysteme. Dadurch soll das Vertrauen in die Technologie gestärkt und deren Einführung forciert werden.

SOLARFASSADEN

Am wirkungsvollsten werden Solarmodule mit Neigung zum Sonnenstandswinkel meist unsichtbar auf dem Dach eingebaut. Jedoch ist ein Mehrwert durch Oberflächenvergrösserung bei zusätzlicher Anwendung an der Fassade ebensowenig abzustreiten, wie ein Prestigeeffekt durch Zeigen der Solartechnik an der Fassade. Der ästhetisch wertvollen Anwendung von Solartechnik in hinterlüfteten Fassaden oder als halbdurchlässiger oder undurchlässiger, passiver Sonnenschutz steht kein Hindernis entgegen.

FOTO Manchester College, Walker Simpson Architects

FOTO CIS Tower, Manchester
mit freundlicher Genehmigung von SOLARCENTURY España

       Photovoltaik-Fassaden sind komplexe Systeme. Beim Bau müssen nicht nur die elektrotechnischen Anforderungen (Verschattung) berücksichtigt werden, sondern auch das thermische Verhalten der Gebäudefront, da hier höhere Temperaturen auftreten können, als bei der freien Aufständerung von Modulen. Stichwort: Gebäudeintegrierte Fotovoltaik

Hinterlüftete Fassadensysteme haben sich in Spanien weit verbreitet und sehr bewährt; sie sind energieeffizient, und bei Verwendung von Solarmudulen auch noch Energie erzeugend. Diese Technik wird seit geraumer Zeit als Standardprodukt in Spanien verwendet; die Module sind auf Mass herstellbar. Eine spezielle Glasoberfläche, bestehend aus kleinen Pyramiden kann 10 % mehr Lichteintrag bringen und den Wirkungsgrad erhöhen. Auch gibt es Isolierglas für z.B. Ganzglasfassaden mit integrierten Fotovoltaikfolien.

Der Architekt: “Diese Anwendung stellt hohe Anforderungen an die Planung in Hinblick auf Ästhetik und technischem Wissen. Es ist also wichtig, den richtigen Mix aus optimaler Energieeffizienz und optischer Gestaltung zu finden.”

FOTO Torre Madrid (ehemaliges Windsor),

Architekten Pablo Muñoz López und Pedro Vilata Capont



 

FOTO Schule Barcelona, Terradas Arquitectos

mit freundlicher Genehmigung von TCA, TFM und Edetco España

        Das ehemalige und abgebrannte Windsor-Hochhaus in Madrid erscheint in der neuen energieeffizienten Version mit intelligenter und energiesparender Gebäudetechnik, sowie mit Solarfassade.

FOTO Studie zur Solarfassade Energieministerium, Washington, SCB Architects

Bei diesem Projekt werden mehrere nachhaltige Effekte miteinander verbunden: Warmwasserbereitung, effiziente Solarstromerzeugung und Energieeinsparung durch passiven Sonnenschutz.   

…in der kommenden Ausgabe 04/2010 wird der zweite Teil des Beitrags, die Energieeffizienz, behandelt.

Das team team eingetragener Architekten, Bauingenieure und Techniker von BAUPHYSICS, S.L. – BUILDING-ADVISERS SPAIN., einer unabhängigen Beratungsgesellschaft für Bauwesen, werden nachhaltige Konzepte und Planungen für energie- und ökoeffiziente Gebäudesanierungen erstellt. Sowie Bauaufnahmen, Bauschadensberichte und Beratungen zu partiellen oder integralen Lösungen bezüglich Qualitätsverbesserungen im Hochbau und technischen Installationen. Gebäudeenergiepässe.

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